桐油基木蠟油涂料的制備及其性能分析*

陳凡師，秦滋潤(rùn)，楊 焰，廖有為**

(1.江鈴汽車股份有限公司，江西 南昌 330200；2.中南林業(yè)科技大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410004)

木蠟油是一種新型的綠色環(huán)保涂料，主要由全天然的植物油和動(dòng)植物蠟組成，不添加任何化學(xué)有機(jī)溶劑，在制造、施工、使用等全生命周期中都一直保持著綠色環(huán)保的性能。使用木蠟油涂飾木制品， 不僅能對(duì)木制品起到保護(hù)、滋潤(rùn)和保養(yǎng)的作用，還能凸顯木材的天然紋理及質(zhì)感，賦予其豐富多變的色彩。木蠟油在國(guó)內(nèi)發(fā)展應(yīng)用與各個(gè)領(lǐng)域，如汽車、酒店、玩具等各個(gè)行業(yè)，但由于其成本相對(duì)較高，一些理化性能差等因素，木蠟油在市場(chǎng)的份額特別小[1-2]。

為了提高木蠟油涂膜的耐磨性和抗老化性，得到涂飾性能好的木質(zhì)產(chǎn)品，本文以自制的精致桐油和聚合桐油為原料，采用桐油對(duì)木蠟油進(jìn)行制備，并分析改性后木蠟油的漆膜性能變化，以期為家具及木制品的木蠟油涂裝提供理論數(shù)據(jù)和參考依據(jù)[1～2]。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料與儀器

精制桐油、聚合桐油、C18不飽和脂肪酸甲酯，自制；蠟粉，工業(yè)級(jí)，南京天詩新材料科技有限公司；松節(jié)油，工業(yè)級(jí)，廣州市周隆化工有限公司；脫芳脂肪烴稀釋劑，工業(yè)級(jí)，廣州市周隆化工有限公司；混合催干劑，工業(yè)級(jí)，邁達(dá)斯化工有限公司；防結(jié)皮劑，工業(yè)級(jí)，浙江圣安化工股份有限公司；防沉劑，工業(yè)級(jí)，直尚化工有限公司；手感助劑，工業(yè)級(jí)，廣州優(yōu)麗可化工股份有限公司；消光粉，工業(yè)級(jí)，北京航天賽德科技有限公司；打磨助劑，工業(yè)級(jí)，洛陽燁方新材料科技有限公司；香精，工業(yè)級(jí)，湘潭嘉葉源生物科技有限公司；冰乙酸，分析純，上海三愛思試劑有限公司；丙酮，分析純，天津市光復(fù)科技發(fā)展有限公司。

電熱恒溫干燥箱，WGL-65B，天津泰斯特儀器有限公司；攪拌砂磨分散多用機(jī)，BGD 750，廣州標(biāo)格達(dá)實(shí)驗(yàn)室儀器用品有限公司。

1.2 桐油基底漆的制備工藝及配方設(shè)計(jì)

將一定量的精制桐油、聚合桐油與脫芳脂肪烴稀釋劑先加入攪拌分散涂料罐中，在 1500 r/min 轉(zhuǎn)速下均勻攪拌 10 min；再將一定量的C18UFAMEs、松節(jié)油、混合催干劑、防結(jié)皮劑和打磨助劑加入配料罐中，在 800 r/min 轉(zhuǎn)速下攪拌至漆液分散均勻，桐油基底漆制備完成。單因素基礎(chǔ)上，確定混合催干劑添加量為質(zhì)量分?jǐn)?shù)2.5%，對(duì)聚合桐油添加量、精制桐油添加量、C18UFAMEs添加量進(jìn)行三因素三水平的正交實(shí)驗(yàn)，因素水平見表1[2]。

表1 桐油基底(面漆)漆配方正交實(shí)驗(yàn)因素水平表

1.3 桐油基面漆配方設(shè)計(jì)

將精制桐油、聚合桐油、脫芳脂肪烴稀釋劑與防沉劑加入至攪拌分散機(jī)涂料罐中，在 1500 r/min 轉(zhuǎn)速下均勻攪拌分散 10 min；再添加消光粉與蠟粉，同樣轉(zhuǎn)速均勻攪拌分散 10 min；再將C18UFAMEs、松節(jié)油、混合催干劑、防結(jié)皮劑、手感助劑、香精加入至涂料罐中，在 800 r/min 轉(zhuǎn)速下攪拌至漆液分散均勻，桐油基面漆制備完成[3]。在單因素基礎(chǔ)上，確定蠟粉添加量為w=5%、混合催干劑添加量為w=2.5%，對(duì)聚合桐油添加量、精制桐油添加量、C18UFAMEs添加量進(jìn)行三因素三水平的正交實(shí)驗(yàn)，因素水平見表1。

2 結(jié)果與討論

2.1 桐油基底、面漆配方優(yōu)化

聚合桐油添加量對(duì)桐油基底漆性能的影響見表2、表3。

表2 聚合桐油添加量對(duì)桐油基底漆性能的影響

表3 聚合桐油添加量對(duì)桐油基面漆性能的影響

從表2和表3看出，聚合桐油的添加量對(duì)桐油基底和基面的黏度、固含量、表干時(shí)間、實(shí)干時(shí)間，以及涂飾的外觀等性能影響很明顯。其中，當(dāng)聚合桐油的添加量相對(duì)比較少時(shí)，基底和基面的外觀會(huì)出現(xiàn)起皺的現(xiàn)象，其主要原因是此時(shí)的漆膜是以精制桐油為主進(jìn)行的成膜反應(yīng)，且成膜速度比較慢，進(jìn)而影響了整體的成膜速度，導(dǎo)致在漆膜的表明會(huì)產(chǎn)生表面力的作用從而起皺。當(dāng)其他條件不變的情況下，隨著聚合桐油添加量的逐漸增加，固含量、黏度、表干時(shí)間、實(shí)干時(shí)間都隨之增加而增加。

精制桐油添加量對(duì)桐油基底漆性能的影響見表4、表5。

表4 精制桐油添加量對(duì)桐油基底漆性能的影響

表5 精制桐油添加量對(duì)桐油基面漆性能的影響

從表4和表5看出，在精制桐油添加量較少(低于或等于25%)的情況下，基底和基面的外觀是不起皺的，而當(dāng)添加量在30%及以上的時(shí)候，基底和基面會(huì)出現(xiàn)起皺的現(xiàn)象，其主要原因與聚合桐油添加量對(duì)起皺現(xiàn)象產(chǎn)生的原因所闡述相同。對(duì)固含量、表干時(shí)間和實(shí)干時(shí)間隨著精制桐油添加量的增多，而逐步增大。而黏度則隨精致桐油的增加而減小。與聚合桐油相比，精制桐油的黏度遠(yuǎn)小于聚合桐油。黏度小的情況下，對(duì)漆膜的涂飾操作將會(huì)相對(duì)方便易操作。

C18UFAMEs添加量對(duì)桐油基底漆性能的影響見表6、表7。

表6 C18 UFAMEs添加量對(duì)桐油基底漆性能的影響

表7 C18 UFAMEs添加量對(duì)桐油基面漆性能的影響

從表6和表7看出，當(dāng)C18UFAMEs的添加量少于或等于14%時(shí)，桐油基底和基面不會(huì)結(jié)皮；當(dāng)其添加量在16%及以上于時(shí)，基底和基面將會(huì)發(fā)生結(jié)皮現(xiàn)象。其主要原因是C18UFAMEs里面含有大量的雙鍵，導(dǎo)致反應(yīng)的活性特別高，所以發(fā)生結(jié)皮現(xiàn)象，不利于貯存。隨著C18UFAMEs添加量的增多，基面和基底的固含量、表干時(shí)間和實(shí)干時(shí)間也隨之增多和增大。但其黏度卻隨C18UFAMEs的增多而降低。C18UFAMEs作為一種稀釋劑，在反應(yīng)中降低了VOCs，還參與了氧化聚合的反應(yīng)[4]。

桐油基底、面漆配方正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表8。

表8 桐油基底、面漆配方正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果 w/%

表8(續(xù))

根據(jù)之前的單因素實(shí)驗(yàn)確定好各催干劑的用量，進(jìn)而設(shè)計(jì)正交實(shí)驗(yàn)優(yōu)化桐油基底、面漆配方。根據(jù)表8得出，正交實(shí)驗(yàn)的各因素對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響A>B>C,即聚合桐油的添加量>精制桐油添加量>C18UFAMEs添加量[4]。桐油基底、面漆的最佳配方均為A1B1C2，即聚合桐油添加30%，精制桐油添加15%，C18UFAMEs添加12%。最佳配方見表9和表10。

表9 桐油基木器涂料底漆配方表

表10 桐油基木器涂料面漆配方表

在正交實(shí)驗(yàn)確定主要成膜物質(zhì)的基礎(chǔ)上，完善配方所需各種助劑，并根據(jù)施工性能要求添加合適的稀釋劑得出適宜于噴涂施工的工廠用桐油基木器涂料底漆、面漆配方，以及適宜于擦拭施工的和家庭用桐油基木蠟油涂料底漆、面漆配方(表11、表12)。

表11 桐油基木蠟油底漆配方

表12 桐油基木蠟油面漆配方

由圖1看出，桐油基底、面漆不會(huì)影響木材的天然紋理。相比而言，底漆的滲透性較好，面漆的手感光滑，光澤度優(yōu)良，呈半啞光效果，加入顏料可根據(jù)需要制成各種色漆。

a.底漆； b.面漆；c、d.色漆。

桐油基木蠟油涂料的底漆和面漆(清漆)見圖2a、圖2b；加入顏料可根據(jù)需要制成各種色漆見圖2c。

a.底漆；b.面漆；c.色漆。

2.2 桐油基底、面漆理化性能檢測(cè)結(jié)果分析

按最佳配方比例制備的桐油基底、面漆的理化性能檢測(cè)結(jié)果見表13。

由表13看到，桐油基涂料漆液貯存性能良好，漆膜干燥時(shí)間短，涂飾外觀優(yōu)異，耐干熱、耐冷液、耐污染性等均符合LY/T2709-2016 的標(biāo)準(zhǔn)要求[4～5]。

表13 桐油基底、面漆理化性能檢測(cè)結(jié)果

2.3 桐油基底、面漆有害物質(zhì)含量測(cè)定分析

桐油基底、面漆有害物質(zhì)含量測(cè)定分析結(jié)果見表14。

由表14看到，桐油基涂料不含苯、甲苯、二甲苯及鉛、鎘、鉻、汞4種可溶性金屬，VOC含量也符合LY/T2709-2016 木蠟油的標(biāo)準(zhǔn)要求[4,6]

表14 桐油基底、面漆理化性能檢測(cè)結(jié)果

3 結(jié)論

以精制桐油、聚合桐油作為主要成膜物質(zhì)，C18UFAMEs作為反應(yīng)型活性稀釋劑，根據(jù)不同應(yīng)用場(chǎng)合的技術(shù)要求調(diào)整配方，獲得工廠用桐油基木器涂料底漆和面漆配方，以及家庭裝修用桐油基木蠟油涂料底漆和面漆配方，并對(duì)4個(gè)產(chǎn)品性能進(jìn)行檢測(cè)。4種桐油涂料的各項(xiàng)性能指標(biāo)均符合LY/T 2709-2016標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)要求[4,7,8]。其中，底漆和面漆的表干時(shí)間與實(shí)干時(shí)間分別為 1.3 h 和 7.0 h，完全超越標(biāo)準(zhǔn)性能指標(biāo)的要求(表干要求：4 h、實(shí)干要求：24 h)，說明該桐油基涂料具備干燥速度快的性能特點(diǎn)。桐油基底、面漆所檢測(cè)VOCS含量，苯、甲苯、二甲苯、乙苯含量總和以及可溶性重金屬含量，除符合LY/T 2709—2016的標(biāo)準(zhǔn)要求外，也符合GB 18581—2020 木器涂料中有害物質(zhì)限量的要求，說明該桐油基涂料環(huán)保性能突出[9-10]。